Теоретически необходимое количество воздуха

Материальный баланс процесса горения составляется для определения теоретически необходимого количества воздуха и количества и состава газообразных продуктов сгорания.

Горение есть химический процесс взаимодействия вещества с окислителем, сопровож­дающийся интенсивным выделением тепла. Характерной особенностью процесса горения является быстрота протекания реакций. Этим горение отличается от других окислительных процессов, протекающих с медленным выделением тепла, например, окисления торфяных масс в залежах или окисления торфа и бурых углей в штабелях.

В качестве окислителя в котельных агрегатах используется кислород атмосферного воздуха. Применение кислородного дутья, т. е. воздуха, искусственно обогащенного кислородом, в топках котельных агрегатов экономически нецелесообразно.

В процессе окисления горючих веществ топлива происходят весьма сложные химические превращения, которые не могут быть описаны простыми уравнениями. Уравнения химических реакций отдельных горючих составляющих топлива дают лишь материальный баланс соответствующих итоговых реакций, не отражая при этом истинного механизма процесса окисления веществ.

Продуктами полного сгорания топлива являются углекислый газ СО₂, сернистый газ SO₂ и водяные пары H₂О.

Пользуясь уравнениями реакций окисления горючей массы топлива, можно подсчитать количество воздуха, необходимое для полного сгорания топлива, и объемы продуктов сгорания.

При взаимодействии углерода с кислородом имеем:

С + 0₂=С0₂,

12,01 кг С + 32 кг О₂=44,01 кг С0₂,

т. е. на 1 кг С приходится примерно 2,66 кг 0₂.

Выразим газообразные вещества в уравнении в объемных единицах:

Подставив соответствующие значения удельных весов, получим:

1кгС +1,866 м³ 0₂ = 1,86 м³С0₂.

Аналогичные расчеты по соответствующим уравнениям окисления показывают, что при сгорании 1 кг S расходуется примерно 1 кг (0,70 м³) 0₂ и получается 0,70 м³ S0₂, а на 1 кг Н₂ идет около 8 кг (5,55 м³) 0₂ и обра­зуется 11,1м³ Н₂0.

Для полного сжигания 1 кг рабочей мас­сы твердого или жидкого топлива, элементар­ный состав которого выражается в процентах по весу, количество теоретически необходи­мого кислорода с учетом содержащегося в то­пливе кислорода может быть определено по формуле:

Так как содержание кислорода в воздухе составляет примерно 21% по объему, то количество теоретически необходимого воздуха, м³, на 1 кг твердого или жидкого топлива после соответствующих преобразований и подстановки значения величина теоретически необходимого количества воздуха выразится формулой

Рассмотрение реакций окисления горючих соединений, входящих в состав газообразных топлив, позволяет подсчитать количество воздуха, теоретически необходимого для полного сжигания 1 м³ газа:

.

Итак, теоретически необходимым количеством воздуха называется минимальное количество воздуха, достаточное для полного сгорания единицы массы топлива (по балансу, без учета условий смесеобразования).